GLOBALNE OCIEPLENIE A EFEKTYWNOŚĆ OPADÓW ATMOSFERYCZNYCH. Agnieszka Ziernicka

Transkrypt

1 Acta Agrophysica, 2004, 3(2), GLOBALNE OCIEPLENIE A EFEKTYWNOŚĆ OPADÓW ATMOSFERYCZNYCH Agnieszka Ziernicka Katedra Meteorologii i Klimatologii Rolniczej, Akademia Rolnicza Al. Mickiewicza 24/ Kraków tzawora@ar.krakow.pl S t r e s z c z e n i e. Przedmiotem opracowania jest określenie wartości opadów atmosferycznych, które przy zakładanym scenariuszu wzrostu temperatury powietrza o 1 i 2 o C nie spowodują obniŝenia się uwilgotnienia gleby w stosunku do poziomu dotychczasowego ( ). Wyniki symulacji okazały się regionalnie zróŝnicowane od 1 do 17 mm w skali miesięcznej dla wzrostu temperatury o 1 o C i 8-28 mm dla scenariusza wzrostu temperatury o 2 o C. Z tego teŝ względu uznano je za orientacyjne i zaprezentowano je jako wartości uśrednione dla Polski z 12 wyszczególnionych stacji. Wartości te bez uwzględnienia rodzaju gleby wskazują, Ŝe przy wzroście temperatury powietrza o 1 o C naleŝy szacować wzrost potrzeb wodnych w skali miesiąca w okresie wegetacyjnym o 6,3 mm, zaś przy wzroście o 2 o C o 14,5 mm w stosunku do opadów obecnych. S ł o wa kluczowe: opad, temperatura, gleba WSTĘP Analiza wartości średniej rocznej temperatury powietrza na obszarze Polski w II połowie XX wieku pozwala wyróŝnić w tym okresie ostatnie 20-lecie, w którym nastąpiło wyraźne ocieplenie. Krzywa trendu zamieszczona w opracowaniu KoŜuchowskiego i śmudzkiej [2] wskazuje na wzrost temperatury od wartości 7,5 o C w okresie do 8,7 o C pod koniec ubiegłego wieku. Rok 2000 z temperaturą 9,5 o C okazał się w Polsce najcieplejszy w ciągu ostatniego półwiecza. Wzrost temperatury spowodował zwiększenie się długości meteorologicznego okresu wegetacyjnego z wartości 192 dni do 200 dni w Polsce północno-wschodniej i od 225 dni do 233 dni na zachodzie kraju [4]. Jest to jeden z pozytywnych aspektów współczesnych zmian klimatu wpływający na przyrodnicze warunki produkcji rolnej. Odnośnie współczesnych i przewidywanych zmian drugiego klimatycznego czynnika, jakim są opady atmosferyczne sytuacja jest mniej wyraźna. Z analizy przeprowadzonej przez

2 394 A. ZIERNICKA KoŜuchowskiego [1] wynika, Ŝe tendencje zmian opadów atmosferycznych w okresie ocieplania klimatu nie znalazły na razie jednoznacznej oceny. Z opracowania śmudzkiej [3] wynika, Ŝe wysokość opadów w II połowie XX wieku nie wykazuje określonego kierunku zmian. Rozkład opadów w ciągu roku w tym wieloleciu nie odbiega od stwierdzonego na podstawie danych z innych okresów wieloletnich. Istnieje obawa, Ŝe wzrost temperatury powietrza przy niezmienionej rocznej sumie opadów atmosferycznych moŝe być powodem niedostatków wilgoci w glebie, co z kolei wpłynąć moŝe na obniŝenie plonów roślin uprawnych. Celem opracowania było zbadanie, o ile zwiększą się potrzeby opadowe waŝniejszych roślin uprawnych w Polsce przy załoŝonym scenariuszu wzrostu temperatury powietrza i niezmienionych opadach. MATERIAŁ I METODY Podstawowym materiałem były średnie miesięczne wartości temperatury powietrza i miesięczne sumy opadów atmosferycznych oraz wyniki szacunku uwilgotnienia gleby z 12 wybranych stacji meteorologicznych dla miesięcy IV, V dla zbóŝ ozimych, VII, VIII dla ziemniaków i X dla zbóŝ ozimych w okresie Miesiące czerwiec i wrzesień pominięto z tego powodu, Ŝe w róŝnych latach wyniki dotyczyły bądź to wilgotności gleby pod zboŝami ozimymi, bądź pod ziemniakami. Wyniki stanu uwilgotnienia gleby publikowane były sukcesywnie w miesięcznym Przeglądzie Agrometeorologicznym a od kwietnia 1999 roku w Dekadowym Przeglądzie Agrometeorologicznym. Wilgotność gleby była oceniona w skali pięciostopniowej jako klęskowo niską, niedostateczną, dostateczną, nadmierną i klęskowo nadmierną. Wyszczególnionym klasom przypisano umownie wartości: 0 dla wilgotności klęskowo niskiej, 10 dla niedostatecznej, 20 dla dostatecznej, 30 dla nadmiernej i 40 dla klęskowo-nadmiernej. Dla 12 wybranych stacji meteorologicznych równomiernie rozmieszczonych na obszarze Polski skonstruowano metodą regresji krokowej wielokrotnej modele zaleŝności stopnia uwilgotnienia gleby od temperatury powietrza i sumy opadów atmosferycznych w badanych miesiącach. Uzyskane modele posłuŝyły do przeprowadzenia symulacji pozwalającej ocenić, o ile zwiększą się potrzeby opadowe badanych roślin uprawnych przy dotychczasowej wilgotności gleby dla scenariuszy wzrostu temperatury powietrza o 1 i 2 o C. WYNIKI I DYSKUSJA W wyniku przeprowadzonych obliczeń otrzymano modele zaleŝności wilgotności gleby od temperatury powietrza i opadów atmosferycznych (tab. 1). Otrzymane funkcje regresji spełniają w kaŝdym przypadku warunek F>F kr, naleŝy więc

3 GLOBALNE OCIEPLENIE A EFEKTYWNOŚĆ OPADÓW 395 odrzucić hipotezę o nieistotności funkcji regresji z ryzykiem błędu określonym poziomem istotności (α = 0,05) i naleŝy wnioskować o istotności funkcji regresji. Tabela 1. Modele zaleŝności wilgotności gleby od temperatury powietrza i opadów atmosferycznych Table 1. Models of dependence of soil-moisture on air temperature and precipitation Stacja Station Postać równania Equation F/F kr Elbląg W = 19, ,01140 t 2 + 0,00030 o 2 7,65 Koszalin W = 18, ,00772 t 2 + 0,03346 o 4,78 Kraków W = 19, ,00673 t 2 + 0,00019 o 2 5,40 Olsztyn W = 19, ,01049 t 2 + 0,00041 o 2 10,10 Poznań W = 20, ,01566 t 2 + 0,00187 t o 7,67 Przemyśl W = 18, ,00933 t 2 + 0,03894 o 6,56 Siedlce W = 20, ,01057 t 2 + 0,00022 o 2 5,00 Suwałki W = 18, ,01733 t 2 + 0,05681 o 12,75 Szczecin W = 20, ,01850 t 2 + 0,00266 t o 5,59 Toruń W = 18, ,01554 t 2 + 0,06127 o 9,01 Warszawa W = 18, ,01116 t 2 + 0,05229 o 8,10 Wrocław W = 20, ,01147 t 2 + 0,00019 o 2 8,07 Objaśnienia Legend: W uwilgotnienie gleby w skali umownej 0-40 W soil-moisture in conventional scale 0-40, t średnia miesięczna temperatura powietrza ( o C) t monthly mean air temperature ( o C), o suma miesięczna opadów atmosferycznych (mm) o monthly precipitation totals (mm). W następnym etapie na podstawie otrzymanych równań przeprowadzono symulacje pozwalające ocenić, o ile zwiększą się potrzeby opadowe zbóŝ ozimych i ziemniaków przy dotychczasowej wilgotności gleby i scenariuszu wzrostu temperatury powietrza o 1 i 2 o C (tab. 2). Niewiadomą w tym przypadku była wartość opadów atmosferycznych przy danych: aktualna wilgotność gleby i odpowiednio podwyŝszona temperatura powietrza. Wyniki symulacji okazały się regionalnie zróŝnicowane od 1 do 17 mm w skali miesięcznej dla wzrostu temperatury o 1 o C i 8 28 mm dla scenariusza wzrostu temperatury o 2 o C. Z tego teŝ względu uznano je za orientacyjne i zaprezentowano je jako wartości uśrednione dla Polski z 12 wyszczególnionych stacji. Wartości te wskazują, Ŝe przy wzroście temperatury powietrza o 1 o C naleŝy szacować wzrost potrzeb wodnych w skali miesiąca w okresie wegetacyjnym o 6,3 mm, zaś przy wzroście o 2 o C o 14,5 mm w stosunku do opadów obecnych. Są to wartości nieco wyŝsze niŝ podaje Press 5 mm dla wzrostu temperatury o 1 o C [5].

4 396 A. ZIERNICKA Tabela 2. Potrzeby opadowe (mm) waŝniejszych roślin uprawnych przy załoŝeniu wzrostu temperatury powietrza o 1ºC i 2ºC (wartości średnie miesięczne) Table 2. Precipitation demand (mm) of more crucial crop plants at the assumed 1 o C and 2 o C air temperature rise (monthly mean values) Stacja Station O O+1 o C O+2 o C Elbląg Koszalin Kraków Olsztyn Poznań Przemyśl Siedlce Suwałki Szczecin Toruń Warszawa Wrocław Objaśnienia Legend: O opad (mm) obecny ( ) O actual precipitation (mm) ( ); O+1ºC opad (mm) zapewniający dotychczasową wilgotność gleby po podniesieniu temperatury; o 1 o C/O+1 o C precipitation (mm) ensuring hitherto soil-moisture after 1 o C temperature increase; O+2ºC opad (mm) zapewniający dotychczasową wilgotność gleby po podniesieniu temperatury; o 2 o C/O+2 o C precipitation (mm) ensuring hitherto soil-moisture after 2 o C temperature increase. W celu określenia wpływu rodzaju lub stopnia cięŝkości gleby na wzrost potrzeb opadowych przy zakładanym scenariuszu wzrostu temperatury powietrza, dynamiki czasowej potrzeb i zróŝnicowania regionalnego, naleŝałoby przeprowadzić bardziej szczegółowe badania. WNIOSKI 1. Przeprowadzone badania wykazały, Ŝe zmiany uwilgotnienia wierzchniej warstwy gleby wyraŝone w pięciostopniowej skali od klęskowo niskiej, niedostatecznej, dostatecznej, nadmiernej i klęskowo nadmiernej wyrazić moŝna statystycznie istotnymi zaleŝnościami od elementów meteorologicznych temperatury powietrza i opadów atmosferycznych. Są to na ogół równania drugiego stopnia, niekiedy zawierające interakcje temperatury z opadami.

5 GLOBALNE OCIEPLENIE A EFEKTYWNOŚĆ OPADÓW Dokładność metody mimo stwierdzonych róŝnic na poszczególnych stacjach meteorologicznych nie pozwala na ustalenie regionalnego zróŝnicowania zaleŝności. 3. Przy załoŝonym scenariuszu wzrostu temperatury powietrza o 1 o C względem średniej z okresu moŝna szacować przeciętny miesięczny niedobór opadów na obszarze Polski na około 6,3 mm, a przy wzroście temperatury o 2 o C 14,5 mm. Wynika z tego, Ŝe w okresie wegetacyjnym IV-X daje to sumy 44 i 101 mm. Jest to równowaŝne sumie opadów kwietnia lub października w pierwszym przypadku lub sumie opadów kwietnia i maja w drugim przypadku. PIŚMIENNICTWO 1. KoŜuchowski K.: Współczesne zmiany klimatyczne w Polsce na tle zmian globalnych. Przegl. Geogr., T. LXVIII, 1-2, 79-98, KoŜuchowski K., śmudzka E.: Ocieplenie w Polsce: Skala i rozkład sezonowy zmian temperatury powietrza w drugiej połowie XX wieku. Przegl. Geofiz. T. XLVI, 1-2, 81-90, śmudzka E., Dobrowolska M.: Termiczny okres wegetacyjny w Polsce zróŝnicowanie przestrzenne i zmienność czasowa. Przegl. Nauk. Wydziału InŜynierii i Kształtowania Środowiska, SGGW, Warszawa, 21, 75-80, śmudzka E.: O zmienności opadów atmosferycznych na obszarze Polski nizinnej w drugiej połowie XX wieku. Wiad. IMGW, T. XXV(XLVI), 4, 23-38, Press H.: Praktika selskochozjajstwiennoj melioracji, Moskwa, GLOBAL WARMING AND EFFECTIVENESS OF PRECIPITATION Agnieszka Ziernicka Department of Meteorology and Climatology, University of Agriculture Al. Mickiewicza 24/ Kraków tzawora@ar.krakow.pl Ab s t r a c t. The study aims at defining values of precipitation - which at an assumed scenario of air temperature rise of 1 and 2 o C will not cause decrease of soil-moisture in relation to the hitherto level ( ). Results of simulation revealed the regional diversity from 1 to 17 mm within a monthly scale for the 1 o C rise and 8-28 mm temperature increase for the 2 o C temperature rise scenario. For that reason they were considered as approximate and were presented as mean values for Poland from 12 selected stations. These values not taking into account kind of soil indicate that at air temperature 1 o C rise, there should be estimated 6,3 mm monthly increase of water demand at vegetation period, while at 2 o C increase water demand would be 14,5 mm in relation to current precipitation. K e y wo r d s : precipitation, temperature, soil